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Einrichtung an photographischen Kameras zur Bestimmung der Bildtiefe
und zur selbsttätigen Einstellung auf Entfernung Man hat schon Vorrichtungen, mit
denen die photographische Tiefenschärfe oder Bildtiefe vor der Aufnahme bestimmt
werden soll. Diese aber haben Einrichtungen, welche ihre Benutzung in der Praxis
zu sehr erschweren und für einen großen Teil der Photographierenden unmöglich machen.
Die meisten Vorrichtungen bestehen in der Gegenüberstellung zweier sehr enger, schwer
lesbarer Skalen, wobei die eine noch von einem Zeiger bestrichen wird und die Einstelldistanz
anzeigt, während die Grenzabstände der Tiefenschärfe sowie die entsprechende Blendennummer
ohne Zeigerhilfe aus der Skalenstellung herausgelesen werden müssen. Bei einigen
dieser Vorrichtungen ist zudem noch eine Zwischenrechnung nötig, um die zu verwendende
Blendennummer zu erhalten. Andere Vorrichtungen sind nicht der photographischen
-Kamera selbst angehörend, sondern nur Zahlentabellen, graphische Tafeln und rechenschieberähnliche
Gebilde; teilweise benötigen sie sogar noch loser Hilfsmittel, wie Faden oder Lineal.
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Demgegenüber soll der Gegenstand vorliegender Erfindung dadurch einen
wesentlichen Fortschritt herbeiführen, daß einer durch Übertragung auf einen möglichst
großen Kreisbogen sehr empfindlich gemachten Einstellskala ro der Kamera selbst
drei Zeiger 7, 8 und g gegenübergestellt sind, wovon der mittlere, 8, die Einstelldistanz
und die beiden immer symmetrisch zum ersteren gelegenen äußeren Zeiger 7 und g die
Abstände vom Objektiv bis zu den Grenzlagen des scharf abgebildeten Objektraumes
anzeigen. Sodann besteht für die vierte in. Betracht kommende Größe, d. i. die zu
verwendende Blendennummer, eine besondere Skala 37, die von einem mit den Bildtiefenzeigern
7 und 9 in Bewegungsverbindung stehenden vierten Zeiger, dem Blendenzeiger 36, bestrichen
wird. Auch diese Skala ist durch sehr gute Lesbarkeit selbst bei Kameras kleinsten
Formates ausgezeichnet. Somit liegt ein wesentlicher Fortschritt darin, daß die
Ablesungen- von jedermann und rasch vorgenommen werden können und schwerlich Irrtümern
unterworfen sind. Endlich sei noch bemerkt, daß gegebenenfalls die Kamera wie eine
gewöhnliche Kamera nur auf Entfernung eingestellt werden kann, wenn aus irgendeinem
Grunde die Tiefenschärfe nicht interessieren sollte.
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Die Vorrichtung, .,welche hauptsächlich dazu dient, den Objektraum
innerhalb der zwei im Bildsucher der Kamera gefundenen Grenzobjekte, deren Entfernung
A"und Ar alsdann vom Objektiv aus abgeschätzt oder abgeschritten werden, durch selbsttätige,
richtige Einstellung auf Entfernung A und gleichzeitige mechanische Bestimmung der
zu verwendenden Blendennummer n ohne Zuhilfenahme einer Mattscheibe auf der photographischen
Platte scharf abbilden zu können, besteht gemäß
Abb. 1, 2, 3 und
q. aus einem zwischen dem Klappdeckel i und dem Laufboden 2 eingebauten Mechanismus
2o, 21, der beispielsweise für eine 6 X 9 cm Kamera mit einer Objektivbrennweite
von 1o,5 cm bestimmt ist. Es zeigt Abb. i die aufgeklappte Kamera, bei welcher das
Objektiv noch nicht in seine Normallage gebracht, d. h. noch nicht auf den Horizont
scharf eingestellt ist, Abb. 2 die Vorrichtung in etwas vergrößertem Maßstabe, bei
welcher von der oberen Lagerplatte 21 nur das kleine, durch den rechtwinklig gebrochenen
Linienzug a-b begrenzte Stück dargestellt ist, Abb.2a eine Variante der Geradeführung
des Schiebers 27, Abb.3 einen Schnitt im Maßstabe der Abb. 2 nach der Linie y-y
der Abb. i und 2, wobei in Abb. i die Vorrichtung in die zur y-Achse symmetrische
Lage gedreht gedacht ist, Abb. ¢ einen Schnitt im wesentlichen nach der Linie x-x,
und Abb. 5 bis 7 betreffen den mathematischen Teil der Beschreibung.
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Das Objektiv 3 wird vermittels der Griffe q. des Reiters 5 hervorgezogen,
bis letzterer auf die am Laufboden 2 befestigte Arretierschraube 6 stößt, womit
die Kamera scharf auf den Horizont eingestellt ist. Die Vorrichtung befindet sich
noch in ihrer Anfangslage laut Abb. i, d. h. der Einstellzeiger auf Entfernung 8
zeigt auf den Wert c c der auf dem Klappdeckel i befestigten, kreisbogenförmigen
Skala io für die Einstelldistanzen sowie die Grenzabstände der photographischen
Tiefe.
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Das Einstellen der Kamera geschieht durch Hinausschieben des Laufbodens
2 vermittels des Trommeltriebes i i, wobei die Vorrichtung aus ihrer Anfangslage
durch den im Laufboden sitzenden Führungsbolzen 12 um den auf denn Klappdeckel 1
befestigten Bolzen 13 gedreht wird und wobei die drei Zeiger, nämlich der den Beginn
der vorderen Tiefe angebende Zeiger 7, sodann der Einstellzeiger auf Entfernung
8 und endlich der das Ende der rückwärts liegenden Tiefe angebende Zeiger 9, die
Distanzen- und Tiefenskala io beschreiben.
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Für die Vorrichtung ist durch die Ausschnitte 14 in den beiden mit
Gleitnuten 15 versehenen Laufschienen 16 Platz geschaffen. Genannte Nuten dienen
zur Aufnahme und Führung des Laufbodens 2. Der Vollständigkeit halber sei der Bewegungsmechanismus
des Klappdeckels i mit 17, die Einschnappöffnung im Laufboden zum Schließen der
Kamera mit 18 und die Mutter für die Stativschraube mit 19 bezeichnet. Es ist 2o
die untere und 21 die obere Lagerplatte der Vorrichtung, welche beiden durch fünf
sogenannte Pfeiler oder Distanzbolzen 22 im Abstand parallel zueinander verbunden
sind. Beide sind senkrecht übereinander durchbohrt und über den Bolzen 13 gesteckt,
welch letzterer ein Hohlgewinde zur Aufnahme der Sicherungsschraube 23 aufweist.
Die untere Lagerplatte läuft in den über die Einstellskala io heraufgebogenen Einstellzeiger
8 aus, welcher einen den Klappdeckel i nahezu berührenden, zylindrischen Ansatz
24 besitzt. Die obere Lagerplatte 21 enthält einen knieförmig abgebogenen, bis an
den Plattenraid hinausreichenden Schlitz 25, durch welchen der Führungsbolzen 12
des Laufbodens in die Vorrichtung eindringt. Infolgedessen gelangt beim Hinausschieben
des Laufbodens 2 die Vorrichtung durch Drehung um den Bolzen 13 in die Endlage laut
Abb. i (strichpunktierter Umriß), wo der Ansatz 2¢ von der unter der Distanzskala
io befestigten zweiärmigen Sperrfeder 26 festgehalten wird. Schiebi man zur Benutzung
des doppelten Balgauszuges der Kamera den Laufboden 2 noch weiter hinaus, so verläßt
der Führungsbolzen 12 das Knie, läuft im langen, in dieser Lage parallel zur x-Achse
der Abb. i gelegenen Teil des Schlitzes 25 weiter und schließlich aus demselben
hinaus. Die Vorrichtung selbst bleibt in ihrer Endlage fest und wird erst mit dem
Zurückschieben des Laufbodens erfaßt und wieder eingeschaltet. Zwischen den Lagerplatten
2o und 21 sind die ebenfalls um den Bolzen 13 drehbaren, knieförmigen, zum Einstellzeiger
8 symmetrisch geführten Tiefenschärfe- oder Bildtiefenhebel 7 und 9 angebracht und
zwischen diesen letzteren wiederum der Schieber 27. Dieser steht durch seine Zahnung
zu beiden Seiten im Eingriff mit den in den Lagerplatten drehbar gefaßten Zahnrädern
28, wodurch eine genaue Führung des Schiebers in der y-Achse verbürgt ist. (Eine
einfachere Variante ist in Abb. 2a dargestellt, wo die zwei Zahnräderpaare durch
die zwei Kulissen 28d ersetzt sind, welche zugleich die Rolle zweier Distanzbolzen
22 übernehmen.) Zwei in den Schieber eingesetzte beidseitige Gleitköpfe 29 halten
diesen bei seiner Bewegung in der richtigen Höhenlage. Er weist zwei größere Durchbrechungen
30 und 31 auf. Die eine, 30, hat den Zweck, dem Führungsbolzen 12 wie auch
dem Bolzen 13 freien Raum zu lassen, und die andere, 31, mit der Einfahröffnung
31, dient zur Aufnahme des mit einer Rille versehenen kreisförmigen Exzenters 32,
der den Schieber in der y-Achse zu führen hat. Der Exzenter selber wird durch Drehung
eines Hebels, des Blendenhebels 33, gedreht, auf welchem ein in beiden
Lagerplatten
20 und 21 senkrecht gelagerter und vermittels eines Keiles 34. mit dem Exzenter
fest verbundener Bolzen 35 sitzt. Hierbei beschreibt der Zeiger 36 des Blendenhebels
33 die auf der oberen Lagerplatte eingravierte Blendenskala 37. Die Symmetriebewegung
der Bildtiefenzeiger 7 und g während ihrer Drehung um den Bolzen 13 mit y-y als
Symmetrieachse geschieht zwangläufig, indem durch die in der Richtung ihrer Drehpunkte
verlaufenden Längsschlitze 38 sowie durch die symmetrisch zur y-Achse angebrachten
Gewindebohrungen 39 im Schieber-27 zwei Führungsbolzen q.o angebracht sind,
deren nächst dem Kopf befindlicher verdickter, zylindrischer Teil im Längsschlitz
38 gleitet. Um ein Herausarbeiten der Bolzen zu verhüten, erhalten diese noch Mutter
und Gegenmutter 44 und um diesen sowie den Köpfen q.2 den nötigen Platz zu schaffen,
sind die beiden Lagerplatten 2o und 2r bei .43 durchbrochen.
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Um beim Zusammenfügen der Vorrichtung dem Schieber sowie dem Blendenzeiger
ein für allemal durch Anfeilen des Bolzens 35 und Eintreiben des Keiles 3¢ die richtige
Stellung zu geben, sind senkrecht übereinander einmal in der unteren Lagerplatte
und im Exzenter, sodann in der unteren Lagerplatte und im Blendenhebel die Justierlöcher
44 und 45 gebohrt, durch welche man während des Zusammenfügens Stifte eingesteckt
hält.
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Die Vorrichtung fußt auf dem allgemeinen Bildungsgesetz für ein zentriertes
Linsensystem (i) sowie auf den M. v. Rohrschen Tiefenschärfeformeln (2). Es ist:
Y':Y--- f:X-X': f
(nach Dr. H. H a r t i n g : _ Optisches Hilfsbuch für Photographierende, Kapitel
7 und 12, Verlag von Gustav Schmidt, Berlin, igo9).
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Bezüglich dieser als bekannt vorausgesetzten Formeln sei auf Abb.
5 verwiesen, wo in der Plattenebene P.-E. der Kamera von dem in der Einstellebene
E.-E. gelegenen Objekt Y
durch das Objektiv von der Brennweite f das scharfe
Bild Y' erzeugt wird. Im weiteren werden alle Gegenstände im Objektraum von der
Tiefenausdehnung T" + T,. für das Auge noch genügend scharf abgebildet. Die Plattenebene
liegt im Abstand X' vom hinteren Brennpunkte F'.
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Denkt man sich nacheinander die Kamera auf die Grenzebene der vorderen
Tiefe T,,. E.
und diejenige der rückwärts gelegenen Tiefe T,. E. scharf eingestellt,
so wird sich die Plattenebene im Abstande X',, bzw. X', vom. hinteren Brennpunkte
befinden. In beider. Fällen erscheint das frühere Objekt Y für das Auge noch scharf
abgebildet; denn bildet man auf Grund des Gesagten nach (2) die Ausdrücke
und setzt wiederum nach (2) für A" bzw. A, die diesbezüglichen Werte ein, so ergibt
sich A - A. Man nennt die besprochene Balgverschiebung Z' die Einstelltoleranz,
zu deren Berechnung wir in (i) den Abstand X durch den im Verhältnis nur wenig größeren
Abstand A ersetzen. Es ist:
woraus nach (2) folgt Einstelltoleranz - Z' - ± f . k # n (3)
Der physiologische
Grenzwinkel a sei -zu 3112 Bogenminuten angenommen, was für photographische Aufnahmen
in der Regel genügt. Es wird dann der - Faktor h in Formel (:2): F k-2#tgi/'a-o,oozor8.
(q.) Für die nächst bessere Schärfe in den Grenzlagen Tier Bildtiefe setzt man zweckmäßigerweise
a - 21j2 Bogenminuten. und k - 0,000720; denn indem das erste k sich aus dem zweiten
k durch Multiplikation mit j/ 2 ergibt und die Blendennummern n in gleicher Weise
gebildet sind, so hat nach (2) die Verwendung der nächst kleineren Blende statt
der errechneten bei gleichbleibender Bildtiefe die erwähnte bessere Schärfe in den
Grenzlagen zur Folge.
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Die bei den meisten Photographenapparaten vorhandene Skala für die
Einstelldistanzen, die im vorliegenden Falle auch den Bereich der Tiefenschärfe
anzeigt, enthält als Bezifferung die Größen A und wird nach Formel (i) berechnet:
Laut Abb.6 hat die nach obiger Formel berechnete Skala ihren Anfangspunkt in 0,
der dem Wert A - x (Horizont) entspricht. Die übrigen Werte von X' sind von 0 aus
in der Richtung des Balgauszuges der Kamera
aufgetragen. Zieht man
alsdann von einem Punkte D aus Strahlen nach den Punkten der Teilung und schlägt
mit D als Zentrum einen passenden Kreisbogen, so erhält man auf diesem eine viel
lesbarere Skala der A-Werte, die vom Einstellzeiger DA" (bzw.
D A in
Abb. 7 bzw. vom Zeiger 8 in Abb. z) sowie von den beiden Tiefenzeigern
D A" und D A,
für die vordere und rückwärtige Tiefengrenze (bzw. von
den Zeigern 7 und g in Abb. z) beschrieben wird.
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Für die nun folgenden Ausführungen beziehen wir uns auf die natürliche
Skala durch den Ursprung 0, auf «-elche von D aus das Lot D A" gefällt sei. Der
Anfangsstrahl ist D 0, sein zum Lot symmetrischer Strahl D P.
Die Skalenlinie
0 P bildet die Basis eines Systems gleichschenkliger Dreiecke mit der gemeinsamen
Spitze D und der gemeinsamen Schwerlinie und zugleich Winkelhalbierenden D A". Die
Seiten irgendeines dieser Dreiecke schneiden bezüglich des Wertes A" (Einstelldistanz)
immer einen Wert A" und das dazugehörende A, heraus; denn einmal stehen die von
einem Punkte, der gleichbedeutend mit der Eintrittspupille E. P. des Objektivs in
Abb. 5 ist, auf der verlängerten optischen Achse aus abgetragenen, zusammengehörenden
Abstände A, A" und A, im harmonischen.Teilverhältnis, und anderseits erfüllt
auch das Bildungsgesetz der Werte X' in Formel (ra) bezüglich X und infolge Kleinheit
von f gegenüber A auch bezüglich der Werte A und herzugehörender Werte
A, und A, die Bedingungsgleichung der harmonischen Teilung
Die weitere Entwicklung beruht auf der Gleichheit der Winkel AV D A" ^
A, D A,, - a.
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Aus Abb. 6 ist zu entnehmen, daß ein Kreis vom Radius o um das Zentrum
C rotiert, so daß sein Mittelpunkt M den Kreis vom Radius r beschreibt.
G H ist die jeweilige Tangente, aus welcher die starren Winkel A"
D G und A, D H die Strecke 2 # e herausschneiden. Die Endlagen der
Tangente sind durch die Werte y - 0 und y - yo, diejenigen des rotierenden Kreises
durch die Winkel z - 0° und a - z 8o° bestimmt.
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Nach Formel (3) und Abb. 6 ergibt sich:
und wenn wir die -Annahme treffen, daß bei Einstellung der Kamera auf die Distanz
A" und Verwendung der kleinsten Blendenöffnung, d. h. der größten Blendenzahl %,a.,
des Objektivs, die rückwärts gelegene Tiefe ins Unendliche reicht, so folgt:
Aus diesem Wert ergibt sich nach Abb. 6 und aus der Beziehung
der Ausdruck.:
Er dient zur Bestimmung der fehlenden Größe, nachdem die anderen -in passender Weise
gewählt sind.
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Aus den beiden Zwischenlagen des rotierenden Kreises oder aus den
beiden rechtwinkligen Dreiecken C J M und C I' 1V1' der Abb. 6 ergibt
sich die allgemein gültige Formel:
Berechnet man.. anderseits die mit dem Winkel z veränderliche Größe y auf Grund
der aus Abb. 6 zu entnehmenden Beziehungen für tg (s+@) und tg@ sowie nach Formel
(5), so erhält man:
und endlich nach Formel (7)
Beide Funktionen ermöglichen die Aufstellung einer Blendenskala. Wir wählen die
letztere, auf einem Kreisbogen erscheinende, weil sie die bessere Lesbarkeit aufweist.
Damit
ist der in Abb. 6 dargestellte Spezialfall zum Schlusse geführt, und es soll nun
dargelegt werden, daß ihm laut Abb. 7 unter Begehung eines verschwindend kleinen
Fehlers allgemeine Gültigkeit zugeschrieben werden darf. Es sollte nämlich nach
früher Ausgesprochenem in jedem Dreieck AvD A,. die Linie D A nicht Winkelhalbierende,
sondern Schwerlinie sein, wie sie in Abb. 7 gestrichelt eingetragen ist. Mit Rücksicht
auf die viel einfachere Konstruktion ist jedoch die Winkelhalbierende gewählt worden.
Unter Herbeiziehung von Formel (ia) ergibt sich aus Abb. 6:
und aus Abb. 7:
also dasselbe. Setzt man hierin für tg y den Wert nach Formel (5a) ein, so erhält
man die beiden Funktionen:
Ferner formen wir die Gleichungen (2) um:
und verweisen noch auf Formel (q.), womit wir den Nachweis der praktisch allgemeinen
Gültigkeit an Hand eines Betspieles erbringen können. Beispiel Gegeben sei eine
Kamera 6 X 9 cm mit einer Objektivbrennweite von 10,5 cm und den Blendennummern
von 7a = 4,5 bis 36. Die Vorrichtung ist auf Grund folgender Daten aufgebaut: a.=
i cm, t-o,6 cm, yo=0,7 cm, so daß nach (6) sich ergibt: e - 1,127 cm. Sie erlaubt
nur die Einstellung bis auf Blende ya = 25, was bedeutungslos ist, und als
Minimaleinstelldistanz setzen wir i'/' in fest. Der Grenzwinkel ist 31/2 Bogen=
minuten.
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Formel (2) liefert für A . - 150 cm und n = 25 cm die
Werte A,, - i io cm und A,. =:236 cm, auf welche letzteren Werte wir die
Tiefenzeiger einspielen lassen wollen. Wir behandeln damit den auerungünstigsten
Fall, nämlich größte Schrägstellung der Vorrichtung bei größter Spreizung der Tiefenzeiger.
Formel (io) liefert uns für A,, = iio cm ein y - 56° 55 ' ° A,. = 236 cm - y=265921-'.
In Wirklichkeit spielt der Einstellzeiger auf das arithmetische Mittel ein, also
auf 7 = 41 ° 571/2, also nach (i i) auf 154 cm statt auf 15o cm, und
wir erhalten nach Formeln (2a) und (q.) in den Grenzlagen A" = iio cm und
A,- - 236 cm die Schärfewinkel a=3'45 cm und a - 3'i5 cm statt des gewünschten
Winkels von ä = 3i/2 Bogenminuten. Der maximale Fehler beträgt demnach nur eine
Viertelbogenminute, und die Symmetrieführung der Tiefenzeiger erweist sich dadurch
als gerechtfertigt.
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Es sei noch erwähnt, worin bezüglich der Vorrichtung und der geometrischen
Zeichnung der Zusammenhang besteht: Die Symmetrieachse D C findet man in der Verbindungsgeraden
der Einstellzeigerspitze 8 mit den Mittelpunkten der Bolzen 13 und 35. Die
starren Winkel A" D G und A,. D H erkennt man in den Verbindungslinien
der Tiefenzeigerspitzen 7 und 9 mit demselben Bolzenmittelpunkt 13 und den Mittelpunkten
der Bohrungen 39 im Schieber 27. Die Punkte G und H stimmen mit diesen Bohrungen
überein, und ihre Verbindungslinie tangiert den um C und den Bolzen 35 rotierenden
Kreis vom Radius 9 oder den Exzenter 32. Der obere Rand der Schieberdurchbrechung
31 erfüllt die Rolle der Tangente G H. , Gebrauchsanweisung der Vorrichtung Es soll
der Objektraum ab der Entfer- i nung A" vom Objektiv bis zur Entfernung A,. vom
Objektiv so abgebildet «-erden, daß in
den Endlagen die Bildschärfe
für a - 31/2 Bogenminuten vorhanden ist.
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Bei der auf den Horizont scharf eingestellten Kamera befindet sich
die Vorrichtung in ihrer Anfangslage, d. h. der Einstellzeiger weist auf ce; der
Blendenzeiger steht in beliebiger Lage. Man schiebt vermittels des Trommeltriebes
den Laufboden so weit hinaus, bis die beiden Tiefenzeiger bezüglich der beiden Werte
A" und A, symmetrisch liegen, und verschiebt alsdann den Blendenzeiger in
der Weise, daß die Tiefenzeiger mit den beiden Werten zur Deckung gelangen. Damit
ist die Kamera selbsttätig richtig auf Entfernung eingestellt, und die abzulesende
Blende muß für die Aufnahme verwendet werden.
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Will man in den Endlagen der Bildtiefe die bessere Schärfe haben (a
- 21/2'), so ist die nächst kleinere Blende zu verwenden. Wünscht man aber bloß
zu wissen, bei Verwendung der errechneten Blende, wie weit die Zone für die bessere
Schärfe reicht, so hat man nur den Blendenzeiger auf die nächst größere Blende zu
richten und. die Ablesungen an den Tiefenzeigern vorzunehmen.